Potencialidades do reaproveitamento de casca de Ponkan e de bagaço de uva para obtenção de pectinas visando aplicações industriais, biológicas e ambientais

Abstract

Resumo: Pectinas são polissacarídeos amplamente utilizados na indústria alimentícia. São obtidas da casca de laranja e de limão e do bagaço de maçã. Entretanto, outros resíduos agroindustriais podem ser promissoras fontes de pectinas. Neste trabalho, foram investigadas a casca de ponkan e o bagaço de uva Chardonnay como fontes alternativas de pectina. Os materiais foram submetidos a extrações ácidas ferventes usando soluções de HNO3 empregando-se um planejamento experimental do tipo composto central (CCD) no qual foi avaliado o efeito do pH, do tempo de extração e da razão líquido:sólido no rendimento e no teor de ácido urônico (AU) das pectinas extraídas. Para a casca da ponkan, o rendimento e o teor de AU da pectina foram afetados negativamente pelo pH e positivamente pelo tempo de extração e razão líquido:sólido. A condição ótima determinada foi pH 1,6, 100 min e 36 mL/g, resultando em uma pectina, denominada PPOP, com rendimento de 25,6% e 84,5% de AU, composta principalmente por homogalacturonana com grau de metil-esterificação (DM) de 85,7% e massa molar média (Mw) de 80.650 g/mol. PPOP apresentou comportamento de fluxo pseudoplástico e formou gel em meio ácido na presença de sacarose, sendo o gel mais forte obtido na concentração de 2,5% (m/m) em pH 2,5 com 60% de sacarose. Este gel apresentou alta estabilidade térmica e comportamento semelhante a uma pectina cítrica comercial testada nas mesmas condições. Para o bagaço de uva, o rendimento foi diretamente proporcional ao tempo de extração e inversamente proporcional ao pH, e o teor de AU foi inversamente proporcional ao pH e diretamente proporcional ao tempo de extração e à razão líquido:sólido. A condição ótima foi definida como pH 2,08, 135 min e 35,11 mL/g e a pectina obtida nestas condições (GPOP) teve 11,1% de rendimento e 56,8% de AU. GPOP apresentou contaminação por amido, que foi removido enzimaticamente, resultando na fração ?-GPOP, composta por 63,5% de AU e uma alta proporção de ramnogalacturonana I (35,2%) altamente ramificada por cadeias curtas de arabinose e galactose, com DM = 18,1% e Mw = 154.100 g/mol. Nas concentrações de 50 a 500 ?g/mL, ?-GPOP estimulou a produção de NO por macrófagos, não apresentando citotoxicidade. PPOP e ?-GPOP (2 g/L) foram avaliadas quanto a capacidade de remoção de Pb2+ (5 mg/L) e Cu2+ (10 mg/L) em solução, mas não foram eficientes nas condições testadas. A casca de ponkan também foi submetida a extrações sequenciais usando água fria e fervente, oxalato de amônio (0,5%), ácido cítrico (pH 2.5), Na2CO3 0,05 M, NaOH 2 M e 4 M, dando origem a frações pécticas e hemicelulósicas. Uma pectina com 57,7% de AU, 3,1% de Rha, 14,1% de Ara e 15,5% de Gal, com DM = 39,4% e Mw = 161.500 g/mol (?-WSP) foi purificada a partir da fração extraída com água fria por tratamento com ?-amilase e amiloglucosidase, e uma homogalacturonana (HWSP-Cu) com 93.5% UA, DM = 76,2% e Mw = 135.200 g/mol foi purificada da fração extraída com água fervente por precipitação com CuSO4. Quando testadas quanto à capacidade de estimulação de produção de NO por macrófagos, ?-WSP teve efeito estimulador estatisticamente mais alto que o controle positivo enquanto HWSP-Cu não estimulou a produção de NO. O bagaço de uva também foi testado quanto à capacidade de sorção dos corantes azul de metileno, cristal violeta, safranina, auramina O e verde malaquita, e teve capacidade máxima de sorção de 177,6, 160,5, 82,3, 76,0 e 307,0 mg/g, respectivamente. Os resultados sugerem que o bagaço de uva pode ser uma fonte de pectinas com propriedade imunoestimuladora e pode ser um promissor bioadsorvente para a remoção de corantes em meio aquoso. Por sua vez, a casca de ponkan destaca-se por fornecer pectina com alto rendimento e características estruturais e reológicas comparáveis a pectinas cítricas já utilizadas comercialmente.

Abstract: Pectins are polysaccharides widely used in the food industry. They are obtained from orange and lemon peels and from apple pomace. However, other agroindustrial residues can be promising sources of pectins. In this work, the ponkan peel and Chardonnay grape pomace were investigated as alternative sources of pectin. The materials were subjected to boiling acid extraction by HNO3 solutions using a central composite experimental design (CCD) in which the effect of pH, extraction time and liquid:solid ratio on the yield and the content of uronic acid (UA) of the extracted pectins. For the ponkan peel, the yield and the UA content of the pectin were negatively affected by the pH and positively by the time of extraction and liquid:solid ratio. The optimum condition was pH 1.6, 100 min and 36 mL/ g, resulting in a pectin, denominated PPOP, with yield of 25.6% and 84.5% of UA, composed mainly of homogalacturonan with degree of methyl esterification (DM) of 85.7% and average molar mass (Mw) of 80,650 g / mol. PPOP presented a pseudoplastic flow behavior and formed gel in acid medium in the presence of sucrose, the strongest gel being obtained in the concentration of 2.5% (w/w) at pH 2.5 with 60% of sucrose. This gel showed high thermal stability and similar behavior to commercial citrus pectin tested under the same conditions. For grape pomace, the yield was directly proportional to the extraction time and inversely proportional to the pH, and the UA content was inversely proportional to the pH and directly proportional to the extraction time and the liquid:solid ratio. The optimum condition was defined as pH 2.08, 135 min and 35.11 mL/g and pectin obtained under these conditions (GPOP) had 11.1% yield and 56.8% UA. GPOP contained starch contamination, which was enzymatically removed, resulting in the ?-GPOP fraction, composed of 63.5% of UA and a high proportion of ramnogalacturonan I (35.2%) highly branched by short chains of arabinose and galactose, with DM = 18.1% and Mw = 154,100 g/mol. At concentrations of 50 to 500 ?g/mL, ?-GPOP stimulated the production of NO by macrophages, showing no cytotoxicity. PPOP and ?-GPOP (2 g/L) were evaluated for the ability to remove Pb2+ (5 mg/L) and Cu2+ (10 mg/L) in solution but were not efficient under the conditions tested. The ponkan peel was also subjected to sequential extraction using cold and boiling water, ammonium oxalate (0.5%), citric acid (pH 2.5), 0.05 M Na2CO3, 2 M and 4 M NaOH, giving rise to pectic and hemicellulosic fractions. A pectin with 57.7% UA, 3.1% Rha, 14.1% Ara and 15.5% Gal, with DM = 39.4% and Mw = 161,500 g / mol (?-WSP) was purified from the fraction extracted with cold water by treatment with ?-amylase and amyloglucosidase, and a homogalacturonan (HWSP-Cu) with 93.5% UA, DM = 76.2% and Mw = 135,200 g / mol was purified from the fraction extracted with boiling water by precipitation with CuSO4. When tested for the ability to stimulate NO production by macrophages, ?-WSP had a statistically higher stimulatory effect than the positive control whereas HWSP-Cu did not stimulate NO production. Grape pomace was also tested for the adsorption capacity of methylene blue, violet crystal, safranin, auramine O and malachite green cationic dyes, and had adsorption capacity of 177.6, 160.5, 82.3, 76, 0 and 307.0 mg/g, respectively. The results suggest that grape pomace may be a source of pectins with immunostimulatory properties and may be a promising biosorbent for the removal of dyes in aqueous medium. In turn, the ponkan peel stands out for providing pectin with high yield and structural and rheological characteristics comparable to commercially used citrus pectins.